УДК 550.34:551.242
СЕЙСМОТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ И ГЕОДИНАМИКА КАМЧАТСКОЙ ЗОНЫ СУБДУКЦИИ
© 2011 г. Г. П. Авдейко, А. А. Палуева
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: gavdeiko@kscnet.ru Поступила в редакцию 10.12.2008 г.
На основании ретроспективного анализа последовательности проявления и локализации гипоцентров землетрясений, а также соотношения их с морфоструктурами континентального склона Восточной Камчатки проведено сейсмотектоническое районирование Камчатской зоны субдукции. В зоне ортогонального взаимодействия Тихоокеанской и Охотской плит в надвинутом (нависающем) крае Охотской плиты выделено 10 сегментов, разделенных сейсмоактивными сдвигами. В пределах сегментов выделено по 2 или 3 сейсмоактивных надвиговых блока. Такой характер субдукции соответствует клавишно-блоковой модели Л.И. Лобковского и Б.В. Баранова. Предложена модель сегментации и формирования надвиговых блоков в результате неравномерного сцепления между субдуцируемой Тихоокеанской и нависающей Охотской плитами. По этой модели и сегментация, и формирование надвиговых блоков обусловлены неравномерностью сцепления плит за счет неровностей рельефа поддвигаемой плиты. В рельефе надвиги выражены подводными возвышенностями и террасами, которые являются показателем того, что в этом месте может произойти цунамигенерирующее землетрясение. Максимальное число сильных землетрясений с магнитудой 7 и более локализовано в зоне резкого изгиба Тихоокеанской плиты, где угол поддвигания увеличивается с 10°—12° до 50°—51°, что соответствует фронтальной (тектонической) дуге, маркируемой положительной гравитационной аномалией в свободном воздухе и в изостатической редукции.
ВВЕДЕНИЕ
Изучение динамики взаимодействия литосфер-ных плит имеет большое значение как для понимания строения зон субдукции геологического прошлого и выработки критериев их палеотектониче-ских реконструкций, так и для прогноза места и времени сильных землетрясений. Камчатка и западная часть Алеутской дуги (рис. 1) являются весьма удобным регионом для этих целей, так как здесь наблюдается ортогональная субдукция Тихоокеанской плиты под Охотскую со скоростью схождения 7.5—7.8 см/год [ОогЪаШу, 1997] и трансформное взаимодействие Тихоокеанской и Севе-ро-Американской литосферных плит с Командорской микроплитой между ними.
Основную информацию о кинематике и динамике взаимодействия литосферных плит поставляют землетрясения, особенно сильные землетрясения с афтершоками. Сейсмофокальные зоны (СФЗ) как планетарные структуры на границе океан—континент широко известны, начиная с обобщающей работы В.Х. Беньофа [ВетоА, 1954]. Первые данные об очаговой зоне землетрясений, наклонно погружающейся под Японские острова, были опубликованы К. Вадати в 1934 г., затем А.Н. Заварицкий [1946] опубликовал данные о наклонной зоне очагов землетрясений, по которой происходит надвигание материка на океаническое дно в районе Камчатки. Природа таких зон, называемых еще зонами Беньофа,
или Вадати-Беньофа, или Вадати-Заварицкого-Беньофа, получила свое объяснение в модели субдукции [Айзекс, 1974].
Строение сейсмофокальных зон рассматривалось в целом ряде работ. Ему было посвящено специальное совещание Межведомственного тектонического комитета и Комиссии АН по проблемам Мирового океана [Строение ..., 1987]. Геометрия СФЗ Камчатки, как единой структуры, достаточно подробно рассмотрена в ряде работ [Федотов и др., 1985; Тараканов, 1981; Селиверстов, 2007]. На примере Курило-Камчатской дуги С. А. Федотовым была разработана концепция сейсмических брешей и сейсмических циклов [Федотов, 1965, 1968], которая применяется для долгосрочного прогноза сильных землетрясений. Наличие сейсмических брешей, заполняемых афтершоками сильных землетрясений через определенные интервалы времени, свидетельствует о некоторой неоднородности строения (сегментации) вдоль СФЗ. Основываясь на этом, Л.И. Лобковский и Б.В. Баранов [1984] предложили клавишно-блоко-вую модель, подробно разработанную в последующих публикациях [Лобковский, 1988; Лобковский и др., 2004]. Суть ее заключается в том, что фронтальный край надвигаемой, в данном случае Охотской, плиты разбит продольными и поперечными разломами (сдвигами) на отдельные блоки-клавиши. При сильных землетрясениях блок, достигший предела напряженного состояния, скачкообразно перемещается в сторону глубоководного желоба, какое-
60°
55°
50°
.■«SAI
б Поперечныеразрезы Вулк. фронт км Разрез 4 1 Желоб
0 Ж ,.Е, Д , ^ "¿Ь^А,
100 '
200
300
Вулк. фронт
Разрез 7 | Желоб
Ж Д, ^ ^ В, Б|, А,
100 200 300 400 500
155°
160°
165°
170'
0 100 200 300 400
0
100 200
200 L
0 100
>
200 300 400 500
в Продольные разрезы 600
Влк. Ключевской Разрез Г {
10 9 8 7 6 5 ^ 3 2
Вулк. фронт "" Разрез 9 | Желоб
км Ж i Е i Д i Г' В А
Энергетические классы землетрясений: . Ks < 12.5 -14.5 > Ks > 12.5 о Ks > 14.5
IV. ■ v.\:. .,
Ь n o □ □ Щ, ш —_ u ■
. "i ..
Разрез B 10 9 8 7
5 4 3
21 j_i
Разрез Ь 10 , 9 , 8 , 7 , 6 , 5
Алеутский желоб
4 3 ,
100
2,1,
n
Энергетические классы землетрясений: . K < 12.5 "14.5 > K > 12.5 O Ks > 14.5
1
6
0
км
то время продолжает двигаться в том же направлении, а затем останавливается и начинает пассивно перемещаться в противоположную сторону вместе с поддвигаемой плитой до следующего накопления сейсмической энергии. Выдвигающийся против движения субдуцируемой плиты блок маркируется очаговой зоной афтершоков. При сильных землетрясениях движением могут быть охвачены два и более соседних блока. Эта модель отображает динамику взаимодействия литосферных плит в зоне суб-дукции и позволяет, на наш взгляд, более обоснованно прогнозировать время и особенно локализацию очагов сильных землетрясений.
Основываясь на этой модели, мы провели анализ местоположения гипоцентров, очаговых зон, последовательности появления сильных камчатских землетрясений с афтершоками и выделили сейсмоактивные разломы, в том числе надвиги, взбросы и сдвиги. Последние разделяют надвигающийся край Охотской плиты на сегменты, соответствующие блокам-клавишам модели Лобковского—Баранова [Ав-дейко и др., 1998, 2004].
Появление новых методов и технологий компьютерной обработки сейсмологических данных позволяет на новом уровне рассмотреть проблему кинематики и геодинамики взаимодействия литосферных плит в зоне субдукции, оценить связь сейсмических событий с тектоническим строением, выделить отдельные сейсмоактивные тектонические структуры. Так, использование ГИС-тех-нологий позволило уточнить структуру сейсмофо-кальной зоны Камчатки [Селиверстов, 2007], а использование методики вращаемых блоков по программе Maple 7 — уточнить местоположение и определить границы сейсмоактивных структур [Ав-дейко и др., 2004].
Проведенное в данной статье сейсмотектоническое районирование заключается в выделении сегментов (блоков-клавиш) и надвиговых блоков в нависающем крае Охотской плиты. Предложена модель формирования сегментов и надвиговых блоков при ортогональной субдукции Тихоокеанской плиты под Охотскую.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
ИХ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА
Как было сказано выше, основную информацию о динамике взаимодействия литосферных плит дает анализ сейсмических событий. В работе использован каталог землетрясений Камчатки, составленный и пополняемый Камчатским филиалом Геофизиче-
ской службы РАН по наблюдениям региональной сети сейсмических станций. Каталог содержит данные о землетрясениях с 1962 г, когда начались детальные инструментальные наблюдения, и размещен в сети Интернет (http://data.emsd.iks.ru/ dbquaketxt_min/index_r.htm#tops). Для оценки энергии землетрясений в каталоге применяется шкала энергетических классов Кз [Федотов, 1972].
Для выяснения тектонической приуроченности сейсмических очагов рассмотрены землетрясения не слабее 9-го класса, уверенно регистрируемые на исследуемой площади в пределах 50—57° с.ш., 157—167° в.д., — всего более 23000 событий за 45 лет детальных сейсмических наблюдений, начатых в 1962 г [Селиверстов, 2007]. Точность определения координат эпицентров в среднем, не хуже чем 10— 15 км, а глубины очагов в зависимости от расстояния до ближайшей сейсмостанции и скоростного разреза могут варьировать в пределах 20 км. При больших расстояниях между очагами и сетью станций возможны ошибки до 50 км. Следует подчеркнуть, что на практике обеспечивается более высокая точность взаиморасположения очагов землетрясений за счет постоянства сети наблюдений и методики обработки [Федотов и др., 1985]. Поэтому для анализа структурной приуроченности очагов землетрясений использованы данные по всем землетрясениям, а для более детальных построений выбраны те из них, точность определения глубины которых варьирует в пределах 10 км. Как правило, таких землетрясений около 50%. По более ранним, в основном сильным землетрясениям, произошедшим в ХХ веке, использовались данные каталога [Новый., 1977] с магнитудной оценкой величины землетрясений.
За основу сопоставления сейсмоактивных структур с морфоструктурами континентального склона Восточной Камчатки принята батиметрическая карта Камчатско-Командорского региона [Селиверстов, 1998]. Эта карта составлена по результатам детальных работ научно-исследовательского судна (НИС) "Вулканолог" в 1977-1991 гг. и является наиболее подробной из всех, имеющихся для этого района.
Сейсмотектоническое районирование проводилось на основании анализа пространственного положения очагов землетрясений и последовательности сейсмических событий, в том числе и в анимационном режиме. С этой целью с помощью пакета программ ArcWiew и авторских программ были построены годовые карты эпицентров землетрясений за 1962-2006 гг, а при выявлении скоплений эпицентров, выстраивающихся в определенном порядке, -
Рис. 1. Сейсмичность Камчатской зоны субдукции и Алеутско-Камчатского сочленения.
а — карта эпицентров землетрясений с сеткой сейсмических разрезов; б — поперечные сейсмические разрезы; в — продольные сейсмические разрезы. На поперечных разрезах буквами обозначены пересечения с продольными разрезами, а на продольных раз
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.